Светодиодная новогодняя елка своими руками

Новогодняя елка на умных светодиодах

«Как Новый год встретишь — так его и проведешь» — давно ставшая крылатой фраза, в какой-то степени заставляющая заранее готовиться к самому любимому празднику. И если такие традиционные атрибуты, как оливье и мандарины, незаменимы, то выбор различных инсталляций и украшений ежегодно заставляет ломать голову, радиолюбителям и электронщикам — в особенности.

Просмотренные в Интернете видео с поделками на «умных» светодиодах WS2812B сразу породили множество идей их применения. В конце ноября мне наконец-то пришла долгожданная, заказанная на eBay лента из 200 диодов. Доставка бесплатна, стоимость одного диода — около шести рублей. И так как до Нового года оставался всего месяц, я решил совместить приятное с полезным — и с подключением диодов разобраться, и к празднику подготовиться.

WS2812B — трехцветный светодиод с интегрированным драйвером и схемой, реализующей протокол управления. Имеет 4 вывода, как и «обычный» RGB-диод, однако их назначение отличается: два вывода отведены под питание схемы, один вывод под вход данных, и один — под выход (диоды можно соединять последовательно). Нет необходимости придумывать сложные алгоритмы для регулировки яркости и цвета каждого диода — разработчику достаточно передать в цепочку диодов последовательность байт и выдержать необходимые временные интервалы — после чего цепочка будет гореть заданным цветом либо до подачи другой последовательности, либо до отключения питания. При этом расходуется всего один вывод МК или ПЛИС!

В даташите на диоды (прикреплен в конце статьи) подробно расписаны все характеристики, здесь же приведу наиболее важные параметры:

• размер одного диода 5х5 мм, корпус — для поверхностного монтажа;
• напряжение питания — 3,5. 5,3В;
• максимальное количество диодов в одной цепочке — 1024, при частоте обновления 30 кадров в секунду. Стоит заметить, что подключить такое число диодов возможно при идеальном следовании таймингам протокола, что бывает проблематично;
• светодиоды реализуют RGB-модель: каждый цвет кодируется одним байтом — теоретически возможно получить более 16 млн цветов. Однако на глаз разница между даже не столь близкими цветами незаметна.

Схема подключения диодов выглядит следующим образом:

При подаче питания диоды не инициализированы и горят синим цветом. Для инициализации цепочки диодов требуется выполнить следующие действия:

1. Передать 8 бит G7..G0 для установки зеленого цвета первого диода;
2. Передать биты R7..R0 для установки красного цвета;
3. Передать биты B7..B0 для установки синего цвета;
4. Повторить пункты 1-3 для второго, третьего и др. диодов. То есть, после инициализации первого диода, данные начинают проходить через него на следующий диод;
5. Установить на входе логический «0» как минимум на 50 мкс, после чего все инициализированные диоды примут заданный цвет.

Передача единиц и нулей осуществляется не непосредственно, но выдержкой определенных временных интервалов; суммарное время передачи одного бита — 1,25 мкс, настройки одного светодиода — 30 мкс. На практике требуется соблюсти лишь длительность высокого уровня, длительность низкого может выходить из пределов в большую сторону.

Далее я подробно прокомментирую программу, которая инициализирует диоды, отвечает за управление и смену эффектов. Программа написана на языке ассемблера, проект в среде ATmelStudio 6.2 прикреплен в конце статьи. Будет рассмотрена только логика загрузки и переключения эффектов; очевидные вещи, вроде инициализации стека и настройки прерываний и портов, опущены. Также подразумевается, что цепочка диодов подключена к порту PD7 контроллера, рабочая частота — 8 МГц.

Идея программы заключается в следующем. Имеется некий набор эффектов, которые поочередно требуется выводит на светодиоды. Эффект характеризуется:

• частотой кадров;
• временем работы;
• «интеллектуальностью». «Умным» называется эффект, который проще запрограммировать (например, плавные переливы цветов, одинаковые для многих эффектов); «глупый» же эффект описывается покадрово, массивом.

Перед объяснением логики работы следует пояснить, для чего нужны следующие регистры и константы:

Учитывая приведенные выше характеристики эффекта, он выглядит примерно следующим образом:

В первой строке находятся 4 байта характеристик:

• два байта настройки прерывания таймера, определяющие частоты смены кадров. В данном случае частота — 15 кадров/сек;
• байт длительности эффекта (в кадрах). Данный эффект продлится 16 секунд;
• байт «умности» эффекта. Так как данный эффект (перелив) проще запрограммировать, байт равен единице.

Далее в массиве следуют:

• 51 байт цветовых характеристик каждого диода (в случае покадрового описания их было бы на порядок больше);
• маркер конца массива.

Под хранение буфера и некоторых констант в ОЗУ выделено следующее количество места:

Хочется подробнее пояснить «программируемость» эффектов. Дело в том, что в массиве должны быть перечислены интенсивности каждого цвета (от 0 до 16). В свою очередь, данные значения умножаются на значения следующий регистров (заодно приведены константы-помощники в реализации перелива):

Произведение констант из массива и соответствующих регистров формируют таблицу цветов (ColorsTable) для каждого из диодов. В случае, если эффект программируется, значения регистров R,G,B можно динамически менять. Описание всех кадров такого эффекта нецелесообразно (требует слишком много памяти контроллера).

В случае, если эффект не программируемый, все кадры перечислены в массиве, а интенсивности вместо значений регистров умножаются на 15.

После получения таблицы цветов необходимо получить последовательность байт, которая будет загружаться непосредственно в диоды. Это выполняет следующая функция:

То есть, данная функция преобразует один байт в четыре, которые будут загружаться в диоды.

Откуда взялась волшебная константа 0х88? Нужная длительность низких и высоких уровней формируется путем выдерживания определенного значения на выходе порта. Команды lsl — nop — out выполняются за три такта, то есть за 375 нс, что укладывается в допустимую погрешность. Таким образом, передача нуля сводится к загрузке последовательности 1000, а единицы — 1100. То есть, в одном байте передаются два бита, а в двенадцати байтах — настройки одного диода (24 бита = 3 байта G,R,B), что сразу делает понятной данную строку:

.equ BUFFER_SIZE = LED_COUNT*12+1 ;размер буфера (будет пояснено позднее)

Именно поэтому в начале байт равен 0x88, функция ColorToBytes попросту выставляет единицы на позициях 6 и 2, если это необходимо, и загружает байт в выходной буфер.

В упомянутом выше прерывании таймера реализовано следующее:

• загрузка следующего кадра эффекта;
• если же эффект дошел «до конца», то следующим кадром будет являться начало эффекта;
• если эффект отыграл установленное время, следующим кадром будет начало следующего эффекта;
• если эффект «умный», будут изменены значения интенсивностей в регистрах.

Общий алгоритм работы представлен следующей блок-схемой:

Также в конце статьи прикреплен шаблон проекта, незначительная правка которого позволит очень быстро работать с WS2812B.

Осталось продемонстрировать готовое устройство на «умных» светодиодах — новогоднюю елку. Схема елки достаточно проста и приведена ниже:

Основной компонент схемы — микроконтроллер ATmega8A в TQFP-корпусе. Также я оставил две кнопки для будущей доработки елки. Остальные компоненты почти полностью представлены резисторами и конденсаторами типоразмера 0805. Питается елка от 5 Вольт через разъем micro-USB, что позволяет разместить елку где угодно при подключении к внешнему ЗУ типа PowerBank. Файл с ПП елки находится в архиве (плата двусторонняя).

Фото вырезанной на ЧПУ-станке платы (одна сторона):

Впервые в жизни попробовал вырезать плату из тонкого (0.3мм) текстолита, так как планировал закрепить елку на листе бумаги формата А3. Для больших плат механическая прочность такого текстолита низка; советую брать текстолит от 1 мм толщиной. На фото даже видно просвечивающие дорожки другой стороны!

Пайка и прошивка схемы трудностей вызвать не должны, все необходимые файлы прикреплены в конце статьи. Фото елки в работе (эффект северного сияния, фрагменты гирлянд):

Далее осталось закрепить (или не закреплять) елку на какой-либо поверхности либо опоре, задекорировать мишурой. В общем, здесь простор для творчества еще больше.

Небольшое видео работы (пример эффекта перелива):

В конце статьи прикреплен архив, где находятся:

• исходный проект новогодней елки в AtmelStudio 6.2;
• шаблон проекта в этой же среде;
• файл печатной платы елки;
• файл схемы елки;
• прошивка елки;
• FUSE-биты контроллера;
• схема подключения диодов;
• даташит на WS2812B.

Теперь у Вас есть почти 9 месяцев, чтобы подготовиться к следующему Новому году! А также поделиться предложениями, идеями и замечаниями в комментариях и на форуме.

Светодиодная елка с объемным эффектом

Новый год на носу и пора подумать о елке. Конечно, ёлка, представленная в этой статье, не настоящая, но очень интересная. Ёлка представляет из себя треугольную плату со светодиодами. Плата закреплена на вентиляторе и при его вращении создается объемный эффект.
Давайте посмотрим демонстрационное видео.

Для изготовления светодиодной ёлки понадобятся следующие

Инструменты и материалы:
-микроконтроллер PIC12F689 или PIC12F675;
-LM7805 5V стабилизатор напряжения;
-конденсаторы 0,1 мкФ 50V (1206 SMD) и 10 мкФ 16V (1206 SMD);
-резисторы 220R 1 / 4W (1206 SMD) 10 шт;
-резисторы 220R 1 / 10W (0603 SMD) 9 шт;
-резистор 10K 1 / 10W (0603 SMD);
-зеленые светодиоды (0805 SMD) 18 шт;
-синие светодиоды (0805 SMD) 10 шт;
— белый светодиод (0805 SMD);
— кнопка;
— батарейный отсек
-9V батарея;
-печатная плата;
— бесщеточный вентилятор 12 см;
-паяльник;
-припой;
-кусачки;
-пинцет;
-нож;
-линейка;
-двусторонний скотч;
-увеличительное стекло;
-программатор;
-оборудование для травление плат;

Для изготовления регулятора скорости необходимы дополнительно:
-стабилизатор напряжения LM317;
-220R резистор (1206 SMD);
-потенциометр 5K;
-блок питания 12 В;
-провод;

Ниже можно скачать ссылку на печатную плату и прошивку. После скачивания необходимо поменять расширение с tmp на rar.
Tree Firmware + PCB 2.0.rar.

Шаг второй: пайка
Обрезаем плату. Большая треугольная плата для елки, маленькая прямоугольная для регулятора скорости. Сверлим в плате необходимые отверстия.

После пайки нужно запрограммировать микроконтроллер.

Шаг третий: сборка
После прошивки нужно подключить крону и проверить работоспособность платы.

Новогодняя ёлка своими руками

«В лесу родилась елочка, в лесу она росла…», но речь сегодня пойдет не об этой елочке, а о елочке, родившейся у вас дома, которая будет расти и радовать вас еще много-много лет.

Моим первым елочкам уже по шесть лет, они посей день как новые. После завершения зимних праздников они уходят на летнюю спячку по коробочкам, а как только праздник наступает я их достаю, распушаю иголочки и расставляю по всему дому. Красота неописуемая! Спустя столько лет, решила я в свой дом внести новенькую елочку. Она вышла намного выше, практичней, устойчивей. По ней, сегодня я вам расскажу мастер-класс.

1. Пенопластовая основа — конус 30 см.

2. Монтажная пена.

3. Крафт бумага или ватман.

4. Сетка снежок — 2 рулона.

5. Новогодние украшения.

6. Пистолет с горячим клеем.

7. Булавки (иголки со шляпками).

10. Отрезок натуральной или заменитель кожи 20х20 см.

11. Для утяжелителя (шайбы, грузила, болты и так далее) все то, что не жалко и хорошо весит.

14. Иголка, нитка в тон елки.

Приступим к работе. Если вас устраивает высота конуса, то можно этот абзац пропустить, ну или же взять себе на заметку. Мне нужна елочка 50 см, а подходящего конуса не нашлось, только 30 см. Значит будем делать из 30 50 см. Берем пенопластовый конус, обертываем в крафт бумагу (делаем по типу кулька) и закрепляем иголочками.

Затем отмеряем от кончика конуса нужную нам высоту, на данный момент у меня 50 см.

Чертим пунктир по окружности и вырезаем.

Отмечаем линию стыка, разворачиваем, отмечаем припуск на срез 4 см и отрезаю этот уголок, чтобы в дальнейшей работе он нам не мешал.

Соединяем обратно срезы и фиксирую их скотчем, снаружи и внутри.

Одеваю на конус и фиксирую иголками по всему конусу, чтобы он не сдвинулся.

Вот такой рожок у нас получился, осталось наполнить его монтажным «кремом» 🙂

Заполняем пеной, ждем несколько часиков пока она хорошо застынет. Ту часть, которая вылезла наружу, нужно срезать ножом, желательно с длинным лезвием так будет ровнее.

Снимаем бумагу с конуса.

Вот такой красавиц у нас получился.

Приступаем к отделке конуса. Оборачиваем конус сеткой так, чтобы он плотно облегал основу и фиксируем иголками.

Подклеиваем нижний край.

С верхней стороны делаем припуск 2см. и обрезаем

Кончик сетки оставляем, он нам еще пригодится.

Затем обрезаем край оставляя 2 см на подгибку.

Приклеиваем его к донышку.

В основании круга делаем несколько углублений для утяжелителя (у меня это шайбы). Дырочки легко продавить пальцем. Закладываем в ямки шайбы и заливаем их клеем. Теперь конус очень хорошо устойчив. Если даже его наклонить под углом 45 градусов, он не упадёт, а встанет на прежнее место.

Делаем подошву для елочки. Для подошвы лучше всего пойдет натуральная кожа или заменитель кожи — не скользит и не промокает. Ставим конус на отрезок, обводим окружность, вырезаем и при помощи горячего клея приклеиваем его.

Теперь переходим к самому интересному, превращаем конус в елку.

*** Нарезаем из сетки снежок квадраты, не обязательно супер ровные.

*** Приклеивать будем по окружности.

*** Чтобы получился плавный переход делаем по два ряда одного размера.

Размеры квадратов: 20х20, 18х18, 16х16, 14х14, 12х12, 10х10, 8х8, 6х6 см. Завершающий 1 ряд 4х4 см.

Начинаем снизу большими и заканчиваем макушкой самыми маленькими.

Сколько их будет идти по окружности? Решать вам, кому как нравится — похудее, попышнее.

Сколько их сразу нарезать, то же сказать сложно. Поэтому я сперва нарезаю несколько штук, делаю форму веточки и фиксирую их булавкой к основанию. Так формирую всю елочку так называемую «елка черновик», затем все снимаю и приступаю к чистовой работе, но только уже с готовым количеством нарезанных квадратов. Помним, что «Искусство, не терпит спешки».

Берем квадрат, складываем его пополам так чтобы два кончика слегка были раздвинуты, а не лежали друг на друге. Затем берем согнутый угол и сгибаем его делая треугольник, сверху накладываем другой угол. Далее будучи сформированные квадраты, буду называть их «веточками», а торчащие снизу уголочки «иголочками».

На кончик веточки наносим каплю клея и прижимаем. Фиксируем, чтобы веточка не раскрылась.

Наносим каплю клея на кончик веточки и крепим к основанию конуса, начинаем с нижнего ряда.

Как узнать, сколько нужно отступить от низа, чтобы приклеить веточку? Прилаживаем веточку к конусу так, чтобы иголочки (торчащие уголки) лежали на полу, а сама веточка на основе и закрепляем ее.

Рядом на расстоянии 3 см закрепляем другую веточку и так по окружности. Можно провести вспомогательную линию, чтобы видеть, куда клеить.

Как определить на какой высоте клеить следующий и последующие ряды? Прикладываем веточку к основе так, чтобы края иголочек ложились до края нижней веточки, откуда начинаются нижние иголочки. Покажу пример на белом фоне, так как елка вся сливается, и на ней не видно перехода.

Таким образом приклеиваем последующие ряды.

Ближе к макушке расстояние между веточками уменьшится.

Доходим до кончика, в серединку капаем каплю клея и зажимаем его, он послужит нам еще одной веточкой. Вокруг него делаем предпоследний ряд.

Сейчас сделаем крепление для звезды. Берем шпажку и прокалываем в макушку уходя на глубину 5 см. Вытаскиваем, заливаем в это отверстие клей и засовываем обратно шпажку, оставляя на поверхности расстояние, равное расстояние звезды. Теперь аккуратно на саму макушку приклеиваем последний ряд самых маленьких веточек. Торчащий кончик сетки отрезаем наискосок, по уровню последних веточек.

Ну и завершает МК самый приятный, традиционный и всеми любимый этап, это украшение. Наряжаем елочку. Тут уж кто на что горазд, кому как нравится, проще говоря на любителя. Я выбрала классический, разноцветные игрушки, шарики, гирлянды.

Так как елка у нас в миниатюре, то и игрушки должны соответствовать ей.

Изначально опять делаем черновик, то есть прикрепляем все игрушки булавками. Так как украшать елку дело не хитрое, к ней то же свой подход нужен. Просто так игрушки не навесишь, они должны гармонировать 🙂

Если вас все устраивает, все игрушки на своих местах, начинаем крепить: игрушки советую пришить, на мой взгляд, это прочнее. Гирлянды тоже можно пришить, но на это раз я воспользовалась клеем.

Завершает свой наряд по традиции — звезда, одевая её елка оживает. Я нашла небольшую елочную игрушку, примерила, она подошла в самый раз. Убираем пипку, на которую вешается игрушка, немного заливаем во внутрь клея и насаживаем на уже подготовленный фиксатор. Елка засияла.

Украшая свой дом, берегите природу, красоту можно сотворить своими руками!

Желаю вам приятного творчества.

Мастер-класс является авторским и предназначен для вашего личного пользования. Все права защищены. Пересылка, публикация, распространение в любом виде, допускается только при условии обязательного указания автора и источника в виде активной ссылки!

Буду вам очень благодарна за поддержку моего мастер-класса, нажимайте кнопку «Нравится!».

Новогодняя елочка из светодиодной электрогирлянды

Приближается Новый год, а значит приходит время украшать к празднику свои жилища. Предлагаю всем желающим сделать простое и эффективное украшение в виде новогодней елочки выполненной в виде каркаса из деревянных реек с намотанной на него светодиодной электрогирляндой.

По контуру каркас украшается зеленой блестящей мишурой, что придает ему сходство с зеленой елкой.

Изготовление елочки

Изготовление каркаса елочки

Итак, для начала изготовим каркас из реек. Ниже приведен чертеж каркаса.

Каркас собирается из реек сечением примерно 10 на 10 мм. Длину реек, из которых сделаны ребра, и основание каркаса можно выбирать разной длины (необязательно как у меня). Только при этом помните, что размер каркаса необходимо выбирать в зависимости от длины гирлянды, которую вы будете на него наматывать. То есть нужно делать так, чтобы длины гирлянды хватило на весь каркас. У меня например, была гирлянда длиной 9 метров.

Итак, приступим к изготовлению каркаса

Для этого нам понадобятся следующие инструменты и материалы.

деревянная рейка сечением 10 на 10 мм. Или несколько реек в зависимости от размера;

три коротких шурупа;

электролобзик или пила;

дрель-шуруповерт или отвертка;

бита для отвертки или шуруповерта;

сверло по металлу диаметром 3-4 мм;

мерительный и чертежный инструмент (рулетка, угольник, карандаш);

Затем забиваем в боковые рейки мелкие гвоздики с шагом в 8-10 мм. Всего в каждую рейку забиваем по 12-14 гвоздиков.

Затем сверлим отверстия на концах реек и соединяем их шурупами.

И в итоге у нас получается вот такой треугольный каркас в форме елочки.

Изготовление елочки из гирлянды

Теперь приступаем к наматыванию на наш каркас светодиодной гирлянды и окончательной отделке нашего украшения.

Для этого нам понадобится:

ранее изготовленный каркас;

мишура (можно взять зеленую или другого цвета по вашему желанию);

тонкая проволока (для крепления на каркасе гирлянды).

Сначала крепим проволокой на основании каркаса начальную часть гирлянды. При этом у вас должна остаться сбоку коробочка управления режимами работы гирлянды и небольшая часть провода с вилкой для подключения гирлянды к электросети.

Затем начинаем наматывать гирлянду на ребра каркаса снизу вверх, заводя ее за гвоздики.

В итоге у нас получается примерно следующее.

Затем украшаем нашу елочку мишурой.

Делаем из проволоки петельку для подвешивания нашей конструкции и крепим ее вверху каркаса.

Подключаем гирлянду к электросети и выбираем необходимый режим ее работы. Вот так примерно это выглядит при разных режимах работы гирлянды.

К сожалению, фотография не может передать, как это выглядит на самом деле. В реальности это выглядит гораздо более красиво.
Ну, вот, пожалуй, и все.

Напоследок могу дать несколько советов для тех, кто захочет сделать подобное украшение.

Во-первых, вы можете украсить подобную конструкцию по вашему вкусу, то есть не только мишурой, а допустим дождем, блестками, снежинками, елочными игрушками и т.д., как вам захочется.

Во-вторых, вы можете сделать из реек не обязательно треугольный каркас в виде елочки, а например, в виде прямоугольника, квадрата, ромба или еще какой-нибудь геометрической фигуры.

В общем, тут все зависит от вашей фантазии. На этом все. Удачного всем Нового года!